風(fēng)機作為一種常見的工業(yè)機械，在生產(chǎn)中可以說是時刻運轉(zhuǎn)著，發(fā)揮著自己的作用。但一旦出現(xiàn)了故障，生產(chǎn)便會受到影響。風(fēng)機故障有很多種，其中風(fēng)機電機故障是一種比較典型又具有較大影響的故障，接下來我們將介紹一個相關(guān)案例。
某廠為2×360 MW燃煤發(fā)電機組，每臺鍋爐配2臺排粉風(fēng)機，風(fēng)機型號為2246 B/1201，采用單吸、雙側(cè)落地式軸承座支撐離心式風(fēng)機。轉(zhuǎn)軸上裝有前后2組滾子軸承，軸承型號為Nu 22232 CC/W 33/C3，軸承采用甩油環(huán)甩油潤滑，在軸承座內(nèi)設(shè)有單獨水路通道供冷卻水對軸承室冷卻。為防止風(fēng)機靜止時反轉(zhuǎn)，在自由端裝有逆止器，葉輪由8個后彎葉片焊接組成，風(fēng)機總重16 350 kg。排粉風(fēng)機配套電機功率為630 kW，額定電壓為6.6 kV，水平布置，鼠籠式電機，電機兩端采用端蓋式軸承座支撐，驅(qū)動端軸承型號為NU 234，非驅(qū)動端軸承型號為6332。
二、振動特征
2007年大修后，該風(fēng)機水平、垂直、軸向方向的軸承振動均正常，但隨著運行時間的增長，其軸承振動開始不斷增大，特別是電機聯(lián)軸器側(cè)軸承軸向振動增加最為明顯。排粉風(fēng)機振動測點示意圖見圖1。
其風(fēng)機電機振動數(shù)據(jù)記錄見下表1
旋轉(zhuǎn)機械常用的振動烈度評定標(biāo)準(zhǔn)IS03945見表2。
對電機臨時檢查發(fā)現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子有2根鼠籠導(dǎo)流條與壓環(huán)連接處存在裂紋，因此用備用電機替換現(xiàn)場運行的電機，更換后的振動數(shù)據(jù)見表3。
從表3可看出，振動雖有減小，但并不理想。通過調(diào)整風(fēng)機出口擋板開度對電機進行變載荷試驗，及在電機滿載時測量電機斷電前后瞬間、軸承振動變化情況，測試結(jié)果顯示，電機負載變化和電機斷電瞬間前后，其軸承振動變化不明顯。在風(fēng)機后續(xù)運行中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機在啟動瞬間，轉(zhuǎn)子剛轉(zhuǎn)動時，其2號、3號軸承軸向振動非常大，有時達到19—21 mm/s，遠遠超過風(fēng)機振動跳停設(shè)定值(11.00mm/s)，但啟動運行到全速后，其軸承軸向振動又會有所回落。從風(fēng)機電機運行情況和振動歷史數(shù)據(jù)分析，風(fēng)機主要振動特征表現(xiàn)為：
1、軸承振動隨著運行時間的增長表現(xiàn)為明顯增大趨勢，風(fēng)機在后期運行中，還伴隨有啟動瞬間軸承軸向振動非常大的情況。
2、4個軸承軸向振動均比水平、垂直方向的振動大，最大軸承振動發(fā)生在電機3號軸承。
3、每次啟停，振動再現(xiàn)性差，振動數(shù)據(jù)值存在明顯變化;正常運行時，在不同時間段測到的振動值不同，1號軸承軸向振動在1.8～3.6 mm/s之間波動，2號軸承軸向振動在3.7～5.8 mnds之間波動，3號軸承軸向振動在5.0～10 mm/s之間波動，4號軸承軸向振動在4.8～7.2 mm/s之間波動。
4、更換新電機后，軸承振動無明顯好轉(zhuǎn)，新電機空轉(zhuǎn)，電機軸承振動正常，最大值為0.49 mm/s，且載荷變化及電機線圈溫度變化對振動影響不明顯。因此可確定風(fēng)機電機軸承振動大的根本原因是風(fēng)機故障。
三、振動頻譜特征
啟動瞬間的振動頻譜無法測量，因此僅對全速狀態(tài)下的軸承振動進行頻譜測量，1號、2號、3號、4號軸承軸向振動頻譜分別見圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)。從振動頻譜分析，振動頻譜特征除包含基頻(16.5 Hz)分量外，其他諧波頻率成份明顯較豐富，電機4號軸承軸向基頻振動振幅比諧波頻率振幅大，其余3個軸承軸向振動振幅在諧波頻率分量上也大。
四、振動原因分析
從圖2可看出，振動諧波頻率成份較豐富，而振動主要在軸向較大，采用正向推理方法可知，引起風(fēng)機此類振動頻譜特征的主要故障有：軸承不對中;轉(zhuǎn)子彎曲;支承系統(tǒng)軸向支撐剛度;支承系統(tǒng)存在軸向共振;軸承松動及軸承部件配合不良。下面結(jié)合風(fēng)機電機運行情況，對上述涉及的故障采用逐步排除法，查找振動的根本原因。
1不對中故障
不對中故障引起的振動主要有4個特點：①振動振幅較穩(wěn)定;②靠近聯(lián)軸器的2個軸承振動振幅較大;③不對中故障的特征頻率為2倍頻較高，常伴有基頻及其他諧波頻率成份;④振動隨轉(zhuǎn)速、負荷變化明顯。振動方向上平行不對中主要以軸向為主，角度不對中和綜合不對中時徑向、軸向均較大。
排粉風(fēng)機通過彈性柱銷聯(lián)軸器與電機相連，由表1可知，靠近聯(lián)軸器的2號、3號軸承軸向振動最大，由圖2進一步分析可知，2號軸承軸向振動振幅在7X諧波頻率上最大，占通頻振幅61%;3號軸承軸向振動振幅在5X諧波頻率上最大，占通頻振幅74.5%，而2號、3號軸承的2倍頻分別僅占通頻振幅27%和5%。同時負載對振動影響不大，基本可以排除不對中故障。對中心的復(fù)查中，其平行不對中、角度不對中的數(shù)值都小于標(biāo)準(zhǔn)要求的0.08 mm及0.05 mm。因此，風(fēng)機的振動并非由軸承的不對中引起。
2轉(zhuǎn)子彎曲故障
轉(zhuǎn)子彎曲在支承轉(zhuǎn)子的2個軸承上產(chǎn)生明顯的徑向基頻振動。軸彎曲會使軸兩端產(chǎn)生錐形運動，在軸向產(chǎn)生較大的基頻振動，并伴隨有2倍頻及其他高次諧波。該風(fēng)機振動最明顯的特征是軸向振動較大，從圖2(a)、圖2(b)可知，1號、2號軸承分別在5X，7X諧波頻率振幅上最高，在基頻上的振動振幅并不大，分別占通頻振幅的35%和10%。因此，風(fēng)機轉(zhuǎn)子彎曲故障也可被排除。
3支承系統(tǒng)軸向支撐剛度故障
當(dāng)軸頸軸承力中心在軸向不發(fā)生變化時，軸向振幅與軸承座高寬比、激振力和軸承座軸向兩端支撐剛度差成正比。轉(zhuǎn)子的支撐系統(tǒng)各部件之間如存在連接的緊密程度不夠，或存在支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身質(zhì)量較差、強度不足(支撐腳高度不同及軸承座裂紋故障等)時，將引起支撐系統(tǒng)的支撐動剛度不穩(wěn)定或在軸向支撐系統(tǒng)的支撐動剛度存在較大差異，在轉(zhuǎn)子激振力的作用力下，軸承座前后振幅值存在差異，即使軸頸承受力中心在軸向不發(fā)生變化的情況下，軸承座軸向也會產(chǎn)生分量。其振動頻譜特征包含基頻分量外，還存在相當(dāng)多的2倍頻分量，有時也能激發(fā)3倍頻振動分量，或伴隨著4、5甚至6倍轉(zhuǎn)速頻率的高階次諧波頻率的振動。通過現(xiàn)場檢測可知，風(fēng)機基礎(chǔ)及臺板振動小于1mm/s基礎(chǔ)與軸承座、軸承座墊鐵與基礎(chǔ)臺扳接觸面的連接部件的差別振動僅為2—3um?？纱_認動態(tài)下軸承座各連接部件之閘的連接緊密程度良好。發(fā)生故障的排粉風(fēng)機過去一直運行正常，對軸承座檢查也未發(fā)現(xiàn)裂紋。因此，可排除風(fēng)機支撐系統(tǒng)設(shè)計或結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身質(zhì)最較燕及軸承座存在裂紋而存在支撐剛度問題。
4支承系統(tǒng)存在軸向共振故障
當(dāng)軸承座軸向自振頻率與轉(zhuǎn)子工作頻率率接近或成整數(shù)倍時，軸承產(chǎn)生軸向共振絕大部分軸承座軸向共振是以2倍頻頻率形式出現(xiàn)。一些軸向剛度特別差的軸承座會發(fā)生基頻軸向共振。從現(xiàn)場測試結(jié)果來看，該風(fēng)機振動明顯的特征是在5x、7X諧波頻率振幅I最高。此外有資料指出，當(dāng)軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比小于1.5—2.0時，襲明支承系統(tǒng)存在共振，而現(xiàn)場排粉風(fēng)機軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比遠大于5，因此也可排除支承系統(tǒng)存在軸向共振。
5軸承松動及軸承部件配合不良故障
該風(fēng)機采用雙列球而滾予軸承，滾動軸承松動故障包括軸承內(nèi)圈與軸領(lǐng)之同產(chǎn)生的松動、軸承外圈與箱體孔之間產(chǎn)生的松動或同時存在軸承內(nèi)外圈松動和過大的軸承內(nèi)部游隙。軸承部件配合不良包括聞軸頸或軸肩臺加丁不良(晃度、橢園度等超標(biāo))、軸頸彎曲、軸承安裝傾斜、軸承內(nèi)圈裝配后造成與軸心線不重臺、滾動軸承的固定圓螺母松動等造成配合不良。其振動特征為：松動部件對來自轉(zhuǎn)于動態(tài)力的非線性響應(yīng)，頻i昔也顯示出出非線性的特征，通頻比基頓數(shù)值大許多，頻譜除基頻外，遷有很太的諧波分最，特別是出現(xiàn)3～10倍頻，有時還有可能出現(xiàn)20倍頻成分，嚴重的松動還會產(chǎn)生分次諧波分最;振動不穩(wěn)定，工作轉(zhuǎn)速達到某一閥值時，振幅突然增大或減小，振動方向以松動方向為最大。
由圖2看出，風(fēng)機振動頻譜的通頻比基額數(shù)值大許多，在1號軸承軸向振動的5倍頻振動幅值分量占通頻幅值的51%;2號軸承軸向振動幅值分量占通頻幅值的61%，諧波頻率成分明顯較大。顯然滾動軸承松動故障不能被排除。在解體檢修中，發(fā)現(xiàn)2號軸承內(nèi)圈出現(xiàn)松動并存在過跑內(nèi)圈，與之配合處的軸頸出現(xiàn)不均勻磨出，造成2號軸頸中間軸徑大、兩側(cè)軸徑小，同時軸頸內(nèi)側(cè)軸凸肩也被磨去了1 mm左右，風(fēng)機2號軸頸及測點位置見圖3，其測量數(shù)據(jù)見表4。
由此可確定，引起風(fēng)機軸向振動故障的主要原因是風(fēng)機在運行中2號軸承的軸承內(nèi)圈與軸頸配合出現(xiàn)松動，軸承內(nèi)圈與軸頸存在相對運動，造成軸頸和軸凸肩都同時存在磨損(軸頸內(nèi)側(cè)軸凸肩磨損最為為嚴重)。振動隨著運行時問的延長，軸承內(nèi)圈與軸徑磨損增大，這也是造成風(fēng)機啟動瞬間軸向振動嚴重超標(biāo)的主要原因。
五、處理方案及結(jié)果
由于工期較緊，對排粉風(fēng)機轉(zhuǎn)軸、軸承進行了整體更換。復(fù)裝后試轉(zhuǎn)排粉風(fēng)機，各軸承振動數(shù)據(jù)見表5，從表5數(shù)據(jù)可看各軸承振動均已達標(biāo)。
六、建議
1、從這次處理振動過程中可知，由于電機采用端蓋式支撐軸承座，與風(fēng)機落地式軸承相比，其剛度相對較小。風(fēng)機出現(xiàn)故障時，電機振動明屁比風(fēng)機振動大。這種現(xiàn)象往往容易誤導(dǎo)檢修，建議在以后處理類似振動故障時，對端蓋式支撐軸承座剛度相對低的問題以高度重視。
2、運行中的軸承如內(nèi)圈與軸頸的緊力變小或消失，使軸承跑內(nèi)圈帶來部件磨損，造成風(fēng)機軸承內(nèi)圈與軸顫配合發(fā)生明顯松動時，建議在檢修中不要過分打磨軸徑，以防止改變軸承內(nèi)群與軸頸的配臺。
3、在風(fēng)機啟動前以及運行中，應(yīng)注意檢查軸承冷卻水系統(tǒng)和油系統(tǒng)是否正常。通常轉(zhuǎn)子的熱容遠遠大于軸承熱容，當(dāng)冷卻水系統(tǒng)及油系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，很容易造成軸承溫升過快，軸頸與軸承溫差過大.使軸承內(nèi)圈與軸頸峨力消失造成跑內(nèi)圈。
綜上所述，軸承跑內(nèi)圈這個故障是風(fēng)機電機故障的一種。它嚴重地影響了風(fēng)機的正常運行，為工業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的負面影響。風(fēng)機的振動不是一個可以被小覷的問題，我們應(yīng)該吸取前人的經(jīng)驗教訓(xùn)，認真做好風(fēng)機的維護工作。
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